作者：梁万冀
来源：《科技创新导报》 2014年第10期
梁万冀
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(广东省高级技工学校)
摘要：应用三维激光切割不锈钢薄壁圆形钢管时，有与薄壁钢管刚性差容易造成在切割过程中引起钢管变形，通过对夹具进行设计能够避免此种情况的出现，同时确保不锈钢钢管的加工质量，提高生产效率。
中图分类号：TG547 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)04(a)-0062-02
随着加工科技的飞速发展。传统切割技术已经逐渐发展为高科技、高精度、高灵活性以及高效率的新型切割方法。在此种情况下，科技含量更高，切割手段更加先进的激光切割技术也开始发展起来。激光
切割目前已经成为加工领域应用最为广泛的切割方法，约占材料加工的60%以上。三维激光切割在激光切割的基础上更进一步，其具有切缝不变形、加工精度高、切割速度快、切口无毛刺、不受加工形状限制且热影响区小等优点，特别是在切割圆形不锈钢薄壁钢管方面意义重大。不锈钢薄壁圆管由于具有经久耐用外观靓丽等优点，因此被应用于各个领域，作为明管的安装材料有着卫生环保、经济适用、安全可靠等优点。同时在生活用水、煤气管路、消防管网、供暖系统中也有着广泛的应用。但由于不锈钢薄壁圆管存在刚性差、强度低的特点，在加工切割时容易造成变形。因此设计适用于不锈钢薄壁圆管切割的夹具意义重大，不仅能够提高加工质量同时也能够提高大规模生产的效率。
1 激光切割
电量控制 1.1 激光切割的机理及分类
激光切割的原理为重复或者连续的脉冲激光，在切割时激光聚集为极小的光斑，此时光斑的功率密度是特别高的,被光斑照射到的材料会急速的融化，使之汽化或者液化，在切割材料表面形成小孔，通过激光或者切割材料的移动，是小孔连续形成一条细小的切割线，通过激光连续或者重复照射，并且应用与激光同轴的高速气流吹除已经融化的物质，从而达到切断被切割工件的目的。通常辅助气体的选择根据被切割工件的不同而不同。对于不锈钢薄壁圆管通常不采用氧气作为辅助气体，因为用氧气切割时所产生的温度会很高，导致氧气和不锈钢产生铁氧反应，在切口会形成黑物质，影响美观，
同时奥氏体不锈钢中含有镍铬等元素，这回造成氧化层不完全导致切口处留下残渣，同时切口间存在较大的粘附力。因此，辅助气体最好选用高压氩气或者高压氮气等惰性气体，这样切割出来的切口切缝窄、表面平滑无残渣、颜统一，且能够用于焊接。对于切割的分类可以从切割物理形式、辅助气体、被切割材料方面考虑，可分为4类：控制断裂切割、氧助熔切割、熔化切割、汽化切割。这样看来对于不锈钢薄壁圆管的切割应该属于熔化切割，其激光切割原理为高密度的激光作用于不锈钢薄壁圆管表面，使照射部分迅速熔化，通过工件和光束的相对位移是钢管形成切缝，同时应用高压氩气或者氮气将熔化的物质吹掉，完成整个切割过程。此时不锈钢圆管的切口具有表面平整、切面无残渣等特点，易于下道工序的使用。
1.2 三维激光切割不锈钢薄壁圆形钢管问题
如图1所示为三维激光切割不锈钢薄壁圆形钢管系统，水平移动的x轴y轴以及转动轴z轴共同组成系统的工作台。进行切割时，激光不动，通过x轴平移加上z轴的转动是不锈钢管与激光产生相对位移，从而在钢管上切割出空间曲线。但在切割过程中往往会由于薄壁不锈钢管刚性太差，造成z轴的夹紧力使钢管出现形变，加工精度受到影响，出现切割完成后不锈钢圆管的切面呈现椭圆的形状。同时由于不锈钢圆管自身重力的作用，还可能出现圆管弯曲变形，切先割过程中预计的切割曲线出现偏差，使切口表面与不锈钢圆管不是垂直关系，这些因素都会影响三维激光切割不锈钢薄壁圆形钢管的加工精度以及加工质量。
全自动烧录机
制作智能卡 2 夹具设计
夹具设计时的具体要求包括:第一，要保证薄壁不锈钢圆管(工件)在夹具中能够准确定位;第二，要尽量减小或消除圆管装夹产生的装夹变形和自身重力造成的翘曲变形，提高切割质量;第三，夹具应具有可调整性和一定的通用性;第四，夹具结构尽量简单，圆管(工件)装夹方便。以尺寸为长×外径×壁厚=90mm×Φ60mm×1mm的薄壁不锈钢圆管为例，根据以上要求，设计出的薄壁不锈钢圆管三维激光切割夹具结构如图2所示。该夹具为心轴、涨套可调式结构。
其中左、右定位板与薄壁不锈钢圆管之间的配合为H6/h5，右定位板5与定位夹紧套6之间的配合为E8/h7，定位夹紧套的内外锥度及右定位板的内锥度均为10°。圆管装夹过程为:先用紧定螺钉1将左定
位板2固定在心轴3上，固定时使用定力矩扳手保证对称布置的2个紧定螺钉受力相同，防止左定位板产生偏心;然后将其竖起，从心轴的另一端装入圆管4，将右定位板5装在心轴上并与圆管内孔配合，安装定位夹紧套6、垫圈7和弹簧10，并使定位夹紧套插入心轴与右定位板之间的间隙中，定位夹紧套的主视图及左视图如图3所示;在定位夹紧套上加工出圆槽和3个均匀布置的螺钉孔，安装时将垫片和弹簧放入圆槽中，然后将带肩螺母9在心轴上拧紧，安装定位夹紧套上均匀布置的3个调节螺钉8;通过调整调节螺钉，进一步提高圆管在夹具上的定位精度，至此，圆管完成装夹。该夹具能够有效地消除径向夹紧力和圆管自身重力的影响，从而有效减小圆管的装夹和翘曲变形，因而减小变形引起的形位误差。定位夹紧套的自动定心功能和均匀布置的3个调节螺钉可以保证圆管具有较高的定位精度。通过使用该夹具可以有效保证薄壁不锈钢圆管的切割加工精度，提高其切割质量。
机器人定位 3 结语
通过实际应用，验证了本夹具能够有效地避免不锈钢薄壁圆管在三维激光切割时，由于直接加装而产生的圆管变形加工精度降低等问题。本夹具具有定位精准、结构简单、操作方便、成品合格率高、使用寿命长等优点，是三维激光切割不锈钢薄壁圆形钢管工作中有力的辅助工具，值得各加工不锈钢薄壁圆管的企业借鉴与使用。
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